الكيمياء النووية هي دراسة العناصر المشعة مثل الأكتينيدات والراديوم والرادون، بالإضافة إلى الكيمياء المرتبطة بالمعدات المستخدمة في العمليات النووية مثل المفاعلات النووية.
وهذا يشمل تآكل الأسطح والسلوك في ظل ظروف التشغيل العادي وغير الطبيعي (مثل أثناء وقوع حادث)، تابعوا موقع مقال للتعرف على علم الكيمياء النووية.
الكيمياء النووية
الكيمياء النووية هي فرع من الكيمياء يتعامل مع النشاط الإشعاعي والعمليات النووية والتغيرات في نوى الذرات، مثل التحويل النووي والخصائص النووية.
تشمل دراسة التأثيرات الكيميائية المترتبة على امتصاص الإشعاع داخل الكائنات الحية، سواء الحيوانات أو النباتات أو غيرها من المواد.
تؤثر كيمياء الإشعاع في العديد من جوانب بيولوجيا الإشعاع، حيث يكون للإشعاع تأثيرا على الكائنات الحية على المستوى الجزيئي.
لشرح ذلك بطريقة مختلفة، يقوم الإشعاع بتغيير المواد الكيميائية الحيوية داخل الكائن الحي، ثم يؤدي إلى تغيير كيميائي في الجزيئات الحيوية.
وهذه التغيرات الكيميائية التي تحدث داخل الكائن الحي يمكن أن تؤدي إلى تأثيرات بيولوجية.
نتيجة لذلك، تساهم الكيمياء النووية بشكل كبير في فهم العلاجات الطبية، مثل العلاج الإشعاعي للسرطان، وقد أتاحت هذه العلاجات تحسين النتائج.
تشمل هذه الدراسة إنتاج واستخدام المصادر المشعة في مجموعة من العمليات، بما في ذلك العلاجات الإشعاعية في التطبيقات الطبية.
يتم استخدام المواد المشعة في الصناعة والعلوم والبيئة، ويتم استخدام الإشعاع لتعديل المواد مثل البوليمرات.
تشمل الدراسة واستخدام العمليات النووية في المجالات غير المشعة لنشاط الإنسان.
على سبيل المثال، يتم استخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) بشكل شائع في مجال الكيمياء العضوية التركيبية والكيمياء الفيزيائية، وللتحليل الهيكلي في مجال الكيمياء الجزيئية الشاملة.
شاهد أيضًا: بحث عن التوزيع الالكتروني في الكيمياء
نبذة تاريخية عن الكيمياء النووية
بعد اكتشافه الأشعة السينية عام 1882م، بدأ العديد من العلماء في دراسة الإشعاع المؤين.
من بين هؤلاء كان هنري بيكريل، الذي بحث في العلاقة بين الفسفور وتظليل صور التصوير.
عندما اكتشف بيكريل أن اليورانيوم ينتج أشعة بدون مصدر خارجي للطاقة، يمكن أن تؤدي إلى اسوداد (أو ضباب) لوحة التصوير، تم اكتشاف النشاط الإشعاعي.
قامت ماري كوري وزوجها بيير كوري، اللذان يعملان في باريس، بعزل عنصرين إشعاعيين جديدين من خام اليورانيوم.
حيث استخدموا طرق القياس الإشعاعي لتحديد تدفق النشاط الإشعاعي بعد كل تفصيل كيميائي.
وقاموا بفصل خام اليورانيوم إلى عناصره المختلفة التي كانت معروفة في ذلك الوقت، وقاموا بقياس النشاط الإشعاعي لكل جزء.
ثم حاولوا بعد ذلك تجزئة هذه العناصر المشعة بشكل أكبر، لعزل جزء أصغر، بتركيز إشعاعي محدد أعلى (النشاط الإشعاعي مقسوما على الكتلة)، وباستخدام هذه الطريقة، تم عزل البولونيوم والراديوم.
لوحظ في حوالي عام 1901م أن الجرعات العالية من الإشعاع، يمكن أن تسبب إلحاق الإنسان ضررا.
وأخذ هنري بيكريل عينة من الراديوم في جيبه، ونتيجة لذلك تعرض لجرعة موضعية قوية، مما تسبب في إصابته بحروق إشعاعية.
وبسبب هذه الإصابة، تم إجراء تحقيق في الخصائص البيولوجية للإشعاع، ومع مرور الوقت، تم تطوير العلاج الطبي.
التحلل الإشعاعي
أثبت إرنست رذرفورد أن التحلل الإشعاعي يمكن وصفه بمعادلة بسيطة (معادلة تشتق خطية من الدرجة الأولى، تعرف الآن بحركية من الدرجة الأولى).
ما يعنيه ضمنا أن لدى مادة مشعة معينة خاصية “عمر النصف”، وهو الوقت الذي يستغرقه نصف كمية النشاط الإشعاعي الموجودة في المصدر للانخفاض بنصفها.
صاغ أيضا مصطلحات ألفا وبيتا وجاما للأشعة، وقام بتحويل النيتروجين إلى أكسجين، والأكثر أهمية هو أنه أشرف على الطلاب.
فالذين قاموا بتجربة جيجر-مارسدن (تجربة رقائق الذهب) التي كشفت أن `نموذج حلوى البرقوق` للذرة كان خاطئا.
وفي نموذج حلوى البرقوق المقترحة من قبل طومسون في عام 1904م، يتألف الذرة من إلكترونات تحيط بها “سحابة” موجبة الشحنة، توازنا للشحنات السالبة للإلكترونات.
بالنسبة لرذرفورد، أظهرت تجربة رقائق الذهب أن الشحنة الموجبة محصورة في نواة صغيرة جدا.
تؤدي هذه النظرية أولا إلى نموذج رذرفورد، وفي النهاية إلى نموذج بوهر للذرة، حيث تحاط النواة الموجبة بالإلكترونات السالبة.
في عام 1934، كانت ابنة ماري كوري (إيرين جوليو كوري) وزوج ابنتها (فريديريك جوليو كوري) أول من أنتج نشاطا إشعاعيا صناعيا.
قاموا بقصف البورون بجزيئات ألفا لإنتاج نيتروجين 13 الذي يفتقر إلى النيوترونات، وهذا النظير ينبعث من البوزيترونات.
بالإضافة إلى ذلك، تم استهداف الألومنيوم والمغنيسيوم بالنيوترونات لإنتاج نظائر مشعة جديدة.
المجال الدراسي (التعليم) للكيمياء النووية
على الرغم من زيادة استخدام الطب النووي واحتمالية توسع محطات الطاقة النووية والمخاوف المتعلقة بالحماية من التهديدات النووية.
وبالنسبة لإدارة النفايات النووية التي تم إنتاجها في العقود الماضية، فقد شهد انخفاضا كبيرا في عدد الطلاب الذين يختارون التخصص في الكيمياء النووية والإشعاعية.
في السنوات القليلة الماضية، ومع اقتراب العديد من الخبراء من سن التقاعد، هناك تغيرات كبيرة في هذه المجالات.
تحتاج إلى اتخاذ إجراءات لتجنب نقص القوى العاملة في هذه المجالات الحاسمة.
بناء اهتمام الطلاب بتلك المهنة وتوسيع قدرة الجامعات والكليات التعليمية.
توفير مزيد من المعلومات المحددة حول تدريب الوظيفة، ويتم تدريس الكيمياء النووية والإشعاعية (NRC) على الأغلب في المستوى الجامعي.
عادة ما يتم تقديم تعليم NRC للصناعة والمجتمع في المستقبل على مستوى الماجستير والدكتوراه في أوروبا، ويتم بذل جهد كبير في تنسيق وإعداد هذا التعليم لتلبية احتياجات الصناعة والمجتمع في المستقبل.
يتم تنسيق هذا الجهد في مشروع يتلقى تمويلا من العمل المشترك، وذلك بدعم من البرنامج الإطار السابع للمجتمع الأوروبي للطاقة الذرية.
دورة الوقود النووي
هذه هي الكيمياء المتعلقة بأي جزء من دورة الوقود النووي، بما في ذلك إعادة معالجة النفايات النووية.
تشمل دورة الوقود جميع العمليات المتعلقة بإنتاج الوقود، بدءا من التعدين ومعالجة الخامات والتخصيب، وصولا إلى إنتاج الوقود في نهاية الدورة الأولى.
كما يتضمن سلوك “الكومة” (استخدام الوقود في المفاعل) قبل الانتهاء النهائي للدورة.
تشمل النهاية الخلفية إدارة الوقود النووي المستخدم إما في حوض الوقود المستهلك أو المخزن الجاف، قبل التخلص منه في مخزن تحت الأرض للنفايات أو إعادة معالجته.
التحليل الطيفي النووي
التحليل النووي الطيفي هي طرق تستخدم النواة للحصول على معلومات عن تركيب المادة المحلية.
ومن الطرق المهمة تشمل الرنين المغناطيسي النووي (انظر أدناه)، وتقنية مطيافية موسباور والارتباط الزاوي المشوش.
تستخدم هذه الطرق تفاعل المجال فائق الدقة مع دوران النواة، ويمكن أن يكون المجال مغناطيسيا أو كهربائيا.
يتم إنشاءه بواسطة إلكترونات الذرة وجيرانها المحيطين، وبالتالي، تستكشف هذه الطرق التركيب المحلي للمادة.
وخاصة المادة المكثفة في فيزياء المادة المكثفة وكيمياء الحالة الصلبة.
تابع أيضًا: بحث حول مكتشف قانون الضغط على السوائل في الكيمياء
الرنين المغناطيسي النووي (NMR)
يتم استخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي لتحديد الجزيئات في مادة ما عند امتصاص الطاقة، وذلك من خلال التدوير الصافي للنواة.
أصبح الرنين المغناطيسي النووي الآن أداة طيفية قياسية في الكيمياء التركيبية، ويستخدم بشكل رئيسي لتحديد ارتباط الروابط داخل الجزيء العضوي.
يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي النووي أيضا لتصوير دوران النواة (عادة البروتونات).
تستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في التشخيص الطبي، ويمكنها توفير صور تفصيلية للداخلية للشخص دون إصابته بأي إشعاع.
في السياق الطبي، يشتهر الرنين المغناطيسي النووي باسم التصوير بالرنين المغناطيسي ببساطة.
لأن كلمة `نووي` لها آثار سلبية على الكثير من الأشخاص.
اقرأ أيضًا: بحث عن نجاح مندليف في عالم الكيمياء
في ختام مقال عن علم الكيمياء النووية، يتعنى علم الكيمياء النووية بدراسة النواة والتغيرات التي تحدث فيها وخصائص الجسيمات الموجودة فيها وانبعاث الإشعاع منها أو امتصاصه. نأمل أن يكون المقال مفيدا لكم، وللمزيد من المواضيع الهادفة المختلفة، يرجى زيارة موقع مقال!
